郴州市蘇仙區良田鎮扶塘村4組地面及房屋變形成因分析

文／馮映相 湖南省礦產資源調查所 湖南長沙 410083

引言：

蘇仙區良田鎮扶塘村四組部分居民房屋及地面變形開裂于2019年12 底變形加劇。通過系統地收集分析相關資料，同時采用地表水工環地質調查、地形測量、物探、鉆探、土工試驗等綜合手段，查明工作區地質環境條件，查明扶塘村四組部分村民地面及房屋變形的現狀特征、劃定其影響范圍、分析其形成原因、預測其發展趨勢，指導村民合理避險，同時為政府和相關部門妥善處理相關事宜提供科學的決策依據。

1.調查工作成果

（1）通過地表調查了解了區內主要房屋及地面變形、開裂的分布位置、規模、現狀情況以及危害程度等。

（2）通過井下測量，基本查清地下開采形成的巷道、采空區形態、底板標高以及采空區高度，根據本次井下巷道測量結果，良田扶塘大理巖礦地下礦業活動均在采礦權范圍內，未超深越界開采。

（3）通過物探測量，解譯推測調查區地基下分布有飽和軟弱層以及花崗巖孤石。

（4）通過對已有巷道井下調查工作，基本查明井下滲水點情況，礦坑排水情況。

（5）通過對房屋開裂變形區進行淺孔工程地質鉆探和室內土工試驗等手段，基本查明村民建房區內的地基土土層分布、性質等條件，同時對建房區不同區域的地基土進行工程地質條件類比，并驗證物探重點異常點情況。

2.地面開裂、房屋變形危險性現狀

本次調查共26 棟房屋，明顯裂縫20 條，根據湖南宏尚檢測技術股份有限公司2020年7月對湖塘村四組內房屋鑒定結果：其中8#廖振南、2#肖國榮、9#黃長付住房鑒定為D 級；黃劍宇、廖凱、李小平、黃青山4 戶住房為C 級，其余住房為B 級。

出現地面開裂、墻體開裂、地基不均勻沉降房屋平面位置主要集中在東南角，其中房屋開裂最為嚴重的為2號、3 號房屋，墻體裂縫最大寬度達8mm，豎直沉降達15mm，已嚴重影響房屋安全使用；扶塘村四組黃劍宇等4 戶部分承重結構承載力不能滿足正常使用要求，局部出現險情，構成局部危房；廖振南等3 戶承重結構承載力已不能滿足正常使用要求，房屋整體出現險情，構成整幢危房；村內其余房屋結構承載力基本滿足正常使用要求，個別結構構件處于危險狀態，但不影響主體結構，基本滿足正常使用要求。

3.地面開裂、房屋變形成因綜合分析

扶塘村四組房屋地基不均勻沉降、開裂變形應該為多種原因共同作用形成。主要原因有工程地質條件、房屋結構及基礎形式、地下水變化等因素。

3.1 地質環境條件影響

3.1.1 房屋所在區域地基工程地質條件差

（1）房屋位于較厚的不均勻的全風化花崗巖殘坡積土

依據周邊礦山的探礦資料，花崗巖全風化層厚度可達80m。根據本次調查，區內地表隨處可見花崗巖孤石（花崗巖風化球），孤石直徑0.5-9m；孤石在花崗巖全風化層中多有分布，多為單個存在，且分布不均勻；較厚的不均勻的全風化花崗巖殘坡積土與花崗巖孤石相互夾雜，導致該區地基均勻性極差；當房屋基礎部分坐落于殘積土中，部分坐落于花崗巖孤石中時，坐于花崗巖孤石端的基礎，由于其本身較為穩定，沉降變化少，巖質地基無變化，而坐于殘坡積土的基礎，土質松散、水敏性強易軟化導致地基承載力變小，穩定性差，屬不均勻混合地基土層。

依據本次調查以及鉆探結果，在8#廖振南屋前施工的ZK6、ZK7、ZK1-8，其中ZK7、ZK1-8 位于房屋北端，這兩個鉆孔揭露到花崗巖孤石，分布地下4-6m，推測長度約7m，形態為南端上揚，北端下傾；ZK6 位于房屋南端，上部為填土、砂質粘性土，4.2m 以下為淺灰黑色礫質粘性土，呈軟塑狀、飽和，土質軟弱，承載力小，穩定性差，當土體受房屋荷載以及自重固結時，地基受到上部傳遞的壓力，南端基礎相互影響高于北端基礎相互影響，以及邊緣處非受載區地基對受載區下沉有剪切阻力等共同作用的結果，使得地基反力在北端較高。當地基含水量變化時將產生不均勻沉降，致使房屋變形開裂。

（2）地基下伏軟土、硬土分布不均勻

村組東部原始地形為梯田，后因村民建房需求，未對下部軟土進行清淤換填，建房部分區域為原始田坎或殘坡積土層，基礎下部軟土和硬土分布不均。建房后加載以及土體的自重固結過程中，因軟土區沉降大，硬土區沉降小，形成不均勻沉降，導致上部房屋開裂變形。

依據本次調查以及鉆探結果，在9#黃昌富屋前施工的ZK9、ZK10 兩個鉆孔， ZK9 位于房屋南端、ZK10位于房屋北端，ZK9 揭露0-2.2m 為人工填土，2.2-4.9m為耕植土，軟塑狀，溫濕；ZK10 揭露0-1.8m 為人工填土，1.8-4.5 為耕植土，軟塑狀，溫濕，該棟房屋原始地形為農田，村民建房未進行清淤，直接填方；調查該棟房屋南西角地表有一花崗巖孤石，直徑約3.5m，村民直接以孤石為基礎；當土體受房屋荷載以及自重固結時，地基受到上部傳遞的壓力，屋前端基礎相互影響高于屋后端基礎相互影響，以及邊緣處非受載區地基對受載區下沉有剪切阻力等共同作用的結果，使得地基反力在屋后端較高。這種作用使建筑物形成屋前沉降大、屋后端沉降小的正彎矩。結構中下部受拉，端部受剪，墻體由于彎剪主拉應力破裂，裂縫呈斜裂縫，其裂縫高的一端指向沉降大的一端，在高低交接部位層數低的部分產生裂縫，并向上朝著層數高的荷載重的部分傾斜。當地基含水量變化時將產生不均勻沉降，致使房屋變形開裂。

（3）人工邊坡影響

房屋坐落在山地，建房整平區域為半挖半填，形成多處邊坡陡坎，在農田上進行切坡和填方，填方整平后未進行分層壓實，未完全自動固結時便已進行建房，后期土體自重固結，發生沉降、形成拉張裂縫，建房后存在半挖半填基礎和砌筑不穩定邊坡，且未采取有效支護方式，此區域房前地坪以及部分房屋開裂形成與此有關。

3.1.2 基礎形式及房屋結構對地基高度敏感

房屋大部分為磚混結構，少部分為磚木結構，基礎形式一般為條形基礎、片石基礎僅部分設有圈梁基礎，據村民反映，房屋基礎埋深一般0.7-2m，持力層主要為填土、耕植土、飽和粘性土，基礎埋深不夠；建筑時間多為上世紀90年代，時間相對較長，混結構整體性較差，抗拉和抗剪強度較低；可見房屋基礎和結構對地基變形反應極為敏感，抵抗變形能力較差。

3.1.3 地下水變化引起地基軟化而不均勻沉降

（1）降雨影響

扶塘村開裂變形區下部為較厚的不均勻花崗巖風化層，層厚較大，組成成分為殘余花崗巖巨礫石與殘坡積土體，不均勻分布。通過本次物探成果分析，該層動態變化較大，殘余花崗巖巨礫石無儲水條件，松散的殘坡積土儲水條件好，層內含水量不均勻，此含水層主要受大氣降水補給，受降雨影響較大。

（2）地表水影響

扶塘村自西向東發育有兩條溪溝，多沿房屋邊流經，部分未硬化積水下滲，住房后坡體見有水滲出，浸潤坡腳，并沿變形地面下滲至土體；地表溪溝水等地表水體下滲造成地基含水量飽和、土體軟化，承載力下降，是誘發和加劇房屋變形開裂原因之一。

3.2 周邊礦業活動影響

3.2.1 歷史遺留采空區影響

該區北東分布有兩處老窿，為歷史遺留民采區，窿口已封堵，因其采空形態、規模、充水情況已無法現場核實，對本次房屋變形、地面開裂影響程度不清。

3.2.2 扶塘大理巖礦礦山巷道以及采空區影響

本次主要對離扶塘村四組村民住房較近的南采場進行導水裂隙帶評價分析，利用“三帶”理論，通過理論計算得到南采空區的裂隙帶高25.4m，冒落帶高度12.7m，頂板距離地面60m，礦體上覆巖層厚度超出導水裂隙帶后，所以南采空區對地表形成采空塌陷的可能性小。

同時根據現場調查，從裂縫分布位置與地下采空的空間相對位置來看，二者相關性不大，據本次實測的井上井下對照圖，主巷道標高在390m，巷道頂部據地面65m，巷道距最近民房水平距離33m，距地基不均勻沉降最近民房水平距離82m，且距離巷道較近的房屋未出現地基不均勻沉降等異常現象。現狀調查已發生的地面變形以及房屋變形開裂均遠離南采空區的裂隙帶，因此扶塘大理巖礦地下采空區引發采空地面塌陷的可能性較小，對已有地面變形無影響。

3.2.3 扶塘大理巖礦地下抽排水影響

（1）歷史巷道掘進過程中抽排水影響

根據詢問調查，礦山主井巷道掘進過程中，打穿測水組砂巖掘進入石磴子組灰巖時（2019.5，距離主井口約120m 處）出現涌水，未見周邊地面出現變形跡象，對本次房屋變形、地面開裂無影響；

（2）巷道探排水孔疏排老窿水的影響

結合調查情況以及根據礦方提供情況，井下調查見有4 處坑頂裂隙水下滲，形成斷續的水滴，見有2 處坑底少量滲水，坑道內未見大量涌水現象，原有老窿1 的平均底板標高為438.7m，老窿內充水，停采后經長期地下水動態調節，地下水位已基本穩定。探礦施工的ZK301穩定地下水位埋深為15.80m，地下水位標高440.11m（2016.1.29），礦山所施工的探排水孔最低排水標高為391.65m，礦坑排水特別是打通老窿排水至使地下水位降深48.46m。形成了人工的地下水疏干排泄中心，造成周邊地下水位下降。

式中：R 為地下水降落漏斗半徑，m；

S 為地下水位降深，取48.46m；

K 為含水層滲透系數，取0.55m/d。

計算R 為145.38m。

礦坑排水疏干地下水位下降的影響范圍是145.38m左右，可能影響到礦坑排水點周邊的地下水位下降，礦山打通老窿時間與村民房屋集中變形開裂形成存在時間上相關性，根據地表變形情況，大致修正地下水降落漏洞范圍，影響范圍最南端至肖國榮家，礦坑排水不會單因子造成房屋結構性破壞，可能是加劇2019年12月17日扶塘村四組房屋集中變形開裂的原因之一。見圖1

圖1 變形區地下水補給及排泄示意圖

3.2.4 爆破震動的影響

根據調查和初步分析地基所在的工程地質條件差（較厚不均勻全風化花崗巖殘坡積層）；人為基礎處理不當（未對局部軟弱地基進行處理，未設置合適的基礎形式），建房時間久遠，基礎結構老化，在地下水變化情況下，不可避免產生裂縫，爆破振動加劇了原有裂縫的發展，并非裂縫產生的主要因素，從《爆破振動監測評估報告》結果看，民房都在允許安全距離以外，不會單因子造成房屋結構性破壞，因其爆破振動速度為0.2528cm/s,可能會加劇已有裂縫變形發展，如L11、L18 的外墻垂直開裂。

3.3 小結

綜上分析，調查區已發生房屋開裂、地面變形的機理可大致簡化為:地基所在的工程地質條件差（較厚不均勻全風化花崗巖殘坡積層）；基礎與結構敏感（未對局部軟弱地基進行處理，未設置合適的基礎形式），這兩者導致剛性地基與柔性地基共存，且房屋結構和房屋基礎對地基高度敏感性，這是該區變形開裂的主要原因；當地表水下滲軟化地基以及地下水水位升降造成地基含水量變化（降雨、溪溝水和化糞池滲漏、礦山排水）時，破壞原有平衡形成不均勻地面沉降，造成房屋開裂、地面變形；礦坑排水、爆破振動加劇了地面變形、房屋開裂活動。

4.地面不均勻沉降預測分析

調查區已發生地面開裂、房屋變形是由多種原因共同作用形成，根據現已發生地面不均勻沉降空間分布、形成原因等因素，結合調查區地質環境條件對地面不均勻沉降進行預測分析。

從下伏地質條件分析，扶塘村四組下伏基巖為花崗巖、村組北面為大理巖接觸帶，根據巖石風化特征分析，二者風化產物主要為砂質、礫質粘性土，不會形成大的溶洞以及土洞，現狀條件該區地面塌陷地質災害弱發育，因風化程度不均勻，主要影響地表的表現形式為地面不均勻沉降。

從扶塘村四組變形特征以及分布特征綜合分析，礦坑疏排老窿水以及爆破振動可能加速了變形發展，地下水水位下降會加速地基土層自重固結，已有裂縫繼續變形發展，也可能會形成新的變形裂縫。

2019年12月-2020年3月地面開裂、房屋變形明顯階段，自2020年5月以來房屋仍然繼續變形；未來扶塘礦山開采不可避免抽排地下水，已受影響的房屋仍會繼續變形開裂，未開裂變形的房屋也可能會發生變形；不能排除該區未來發生地面塌陷的可能。

5.防治措施及建議

5.1 房屋變形監測

地對已構成整棟危房及周邊房屋住房立即撤離，并對危房進行拆除。同時對部分危房應加強監測，如有繼續變形也應及時撤離；對區內其他已有房屋變形開裂、地基不均勻沉降區采取監測手段，監測房屋變形情況，可采用上漆法和貼片法監測裂縫變形。

5.2 地表水防滲

在對村內地表溪溝、排水溝、化糞池、水塘等進行防滲處理，盡量減少地表水下滲，對已有開裂地坪進行砂漿填縫處理，并對部分受損房屋結構進行適當加固處理，以滿足正常使用要求。

5.3 基礎結構調整

扶塘村四組位于較厚不均勻全風化區，村民如需建房應進行工程勘察、詳細查明地基情況，采用合理的地基基礎和房屋結構形式，保證地基持力層和邊坡工程穩定可靠，提高地基基礎和房屋結構的抗變形能力。

5.4 地下開采合理探放水

后續礦山開采應避免向南部村組掘進，并設置禁采區，防止淺部采空引發地面塌陷災害發生。礦坑排水設計必須考慮引發上部地面塌陷的可能，避免單純追求疏干工期的做法，應先探后采，及時隔離可能擾動變形區水位的水源；優先采用非爆破方式開采；未來采礦應嚴格規劃管理，切實采取有效的方法將礦山對周邊環境的影響降至最低，確保村民安全。

結語：

綜上所述，扶塘村地質環境條件復雜、工程地質差，且礦山開采活動仍在繼續，地下水變化難以控制，地基不均勻沉降和房屋開裂還會變形發展，可能會誘發地面塌陷地質災害，建議政府結合新農村建設優先考慮對扶塘村整體搬遷集中安置方案，可根據房屋開裂危害實際情況分批實施，以實現長治久安和改善村民居住環境的目標。